בסקירת פרספקטיבה שפורסמה לאחרונה בכתב העת טבע ביקורות חומרים, חוקרים מאגדים ודנים בהתקדמות מתמשכת בחומרים אכילים וכיצד ניתן להשתמש בחומרים אלו לפיתוח מזונות רובוטיים ורובוטים אכילים. הם מתייחסים ליותר מ-150 פרסומים כאשר הם מתארים כיצד חומרים אכילים יכולים להוות את הבסיס לרכיבי רובוט, במיוחד התפקיד והתועלת של חומרים אלה כמקורות אנרגיה ישירים, גופי רובוט, מפעילים, משאבים חישוביים וחיישנים. בנוסף הם דנים בתהליכי ייצור הנמצאים כעת בפיתוח בתחום, באתגרים העומדים בפניהם כיום במחקר ובאימוץ תעשייתי של טכנולוגיות אלו, ודוגמאות לרובוטים אכילים ומזונות רובוטיים שכבר קיימים בעולם העתידני של היום.
מחקר: לקראת רובוטים אכילים ומזון רובוטי. קרדיט תמונה: Garan Julia / Shutterstock
יחד, סקירה זו מדגישה את השאלות המדעיות, הפסיכולוגיות והטכנולוגיות שכאשר ייענו, יאפשרו דור חדש של רובוטים אכילים. רובוטים אלה, בתורם, יאפשרו אספקה ממוקדת של רכיבים רפואיים ותזונתיים הן לבני אדם והן לבעלי חיים תוך הפחתת הפסולת והזיהום שיוצרות הגישות הרובוטיות הנוכחיות.
רובוטים כמזון – מחקר אורתוגונלי, או פוטנציאל לא מנוצל?
תארו לעצמכם עולם שבו תוכלו להזמין פיצה ולגרום לכך שמזל"ט רובוטי אוטומטי יעביר אותה במקום המשלוח המקומי שלכם לפיצה. בהתחשב בהתקדמות הרובוטית הקיימת כיום, זה אולי לא נראה מופרך במיוחד – חלק מהמסעדות כבר משתמשות בגישות אלו בנוסף למלצרים ושפים רובוטיים. מה אם אבקש ממך לדמיין אז עולם שבו אפשר לאכול את מזל"ט המשלוח עצמו כקינוח במקום להחזיר אותו למסעדה? נראה כמו משהו ישר מרומן של HG Wells (אבי המדע הבדיוני), לא?
זהו צילום דיגיטלי של OFETs עם דבש (HGOFETs) (באמצע), שהועברו לפריטי מזון שונים: תפוח (למעלה) ועגבנייה (למטה). AS Sharova, M. Caironi, Sweet Electronics: טרנזיסטורים ומעגלים אורגניים משלימים הפועלים באוויר. עו"ד מאטר. 2021, 33, 2103183. DOI: 10.1002/adma.202103183, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202103183
באופן מפתיע, עתיד שבו תרחישים כגון זה עשוי להיות קרוב. לעיבוד מזון ועיצוב רובוטים, על אף שהם מופיעים כתחומי מחקר מובהקים ועצמאיים, יש חפיפה מהותית בתכונות החומר, הפונקציונליות והייצור. אם ינופו נכון, אלה עשויים להציג את העתיד של פתרונות חדשניים המתמודדים עם אתגרים תזונתיים, רפואיים וסביבתיים בימים הקרובים.
"רובוטים – בעיקר רובוטים רכים – לרוב לוקחים השראה מהביולוגיה, אך בעוד שאורגניזמים ביולוגיים הופכים לתזונה עבור אורגניזמים אחרים בסוף חייהם, הרובוטים הופכים לפסולת ומקור לזיהום. האימוץ הגובר של טכנולוגיות רובוטיות ליישומים סביבתיים מעודד חוקרים להשתמש ברכיבים מתכלים ולפתח דרכים חדשות להפוך את מחזור החיים הרובוטי לבר-קיימא יותר".
חוקרים שואפים כעת לקחת תכנון רובוטי בר-קיימא צעד אחד קדימה – רובוטים 'אכילים' שהם מתכלים וניתנים לעיכול ומספקים ערך תזונתי או תרופתי. למכשירים אלה יש פוטנציאל עצום בתחום הבריאות, כולל אספקת תזונה לשעת חירום, ניתוח בריאות האיברים ואספקת תרופות מדויקות תוך שהם באופן משמעותי יותר ידידותיים לסביבה מאשר גישות קונבנציונליות.
"…אנו משתמשים במונח 'רובוטים אכילים' כאשר מתייחסים למכשירים בעלי צורות או פונקציות של רובוטים שאינם אכילים, ובמונח 'אוכל רובוטי' כאשר מתייחסים למכשירים בעלי צורות או פונקציות האופייניות למזון."
גוף גדל והולך של ספרות מבהיר את הפוטנציאל של חומרים שמקורם ביו-מולקולות בתכנון רכיבי רובוט ניתנים לשליטה וניתנים לתכנות כגון חומרי גוף (למשל, תאית וצ'יטוזן), מפעילים (למשל, הידרוג'לים, ג'לטין ועמילן), חיישנים (למשל, תאית -נייר אורז מועשר עבור חישת לחות וסרטים מבוססי פקטין עבור חישת טמפרטורה), ואנרגיה (למשל, כדורי פחם פעיל).
אתגרים ברובוטיקה למאכל
מחשוב, התהליך שבו רובוטים הופכים נתונים תחושתיים להפעלה, נותר אחד האתגרים העיקריים ברובוטיקה למאכל. התקני חישוב ייעודיים מסתמכים בדרך כלל על חומרים דמויי מוליכים למחצה (כלומר טרנזיסטורים) לעיבוד מידע. בעוד ביומולקולות מועמדות (למשל, קרוטנואידים, צבעי מזון וקסילינדין שמקורו בפטריות) זוהו ותוארו, השילוב שלהן במזונות רובוטים נותר לא מוצלח בעיקר בשל מגבלות הביצועים, היציבות והביצועים הנוכחיים.
מגבלה נוספת ראויה לציון היא היעדר אימות קליני לבטיחות הרובוטיקה האכילה. בעוד שרוב החומרים שנמצאים בפיתוח ניתנים לעיכול ולכן מניחים שהם 'בטוחים' למאכל אדם או בעלי חיים, המחסור הנוכחי במזונות רובוטים אב-טיפוס מונע מניסויים קליניים לאמת במפורש את בטיחותם במערכות ביולוגיות/מודלים. זה מאמת את הטיעון שבעוד שרכיבי מזון רובוטים (ביו-מולקולות) עשויים להיות בטוחים באופן עצמאי לצריכה, תגובתיות צולבת של מספר מרכיבים אלה עלולה לגרום לתוצאות שליליות בלתי צפויות.
מזעור ובקרת איכות הם סיבוכים נוספים הנוגעים לרובוטים אכילים 'חכמים' שנועדו להעריך את תפקוד הגוף ולבצע התערבויות רפואיות באופן אוטונומי (למשל, מתן תרופות מדויקות). בניגוד לעמיתיהם התזונתיים בלבד שאינם מורכבים יחסית וניתן לצרוך אותם בחלקים כנדרש, רובוטים תפעוליים אלה מורכבים ממרכיבים רבים נוספים שחייבים לעבוד יחד, כאשר כישלון של כל רכיב אחד עלול לגרום לתוצאות קטסטרופליות.
"בעוד שרכיבים מסוימים, כגון גופים אכילים, מעגלים חשמליים וחיישנים, כבר מפגינים ביצועים אמינים ועשויים למצוא בקרוב יישום באספקת תרופות חכמה, אריזה חכמה וניטור סביבתי, רכיבים אחרים, כגון מפעילים אכילים ומקורות אנרגיה, עדיין מציגים הספק נמוך יותר , סיבולת ואמינות מאשר עמיתיהם הלא אכילים, או דורשים שימוש בחלקים שאינם אכילים."
מסקנות
הסקירה הנוכחית מניחה את נקודת המבט של מעצב רובוט בהדגשת מחקר על חומרים שמקורם ביולוגית עם יישומים פוטנציאליים ברובוטים אכילים ובמזונות רובוטים. חומרים אלה עשויים לשרת פונקציות תזונתיות, גסטרונומיות, סביבתיות, רפואיות ואפילו אקולוגיות בעתיד הקרוב ולייצג את חוד החנית של מדעי החומרים והרובוטים כאחד. עם זאת, לאור המחסור העצוב במידע על ההשפעות של ייצור (שיטות עיבוד) על שלמות ובטיחות הרכיבים, שילוב המחשוב ברובוטים אכילים 'חכמים' והאימות הקליני של בטיחותם למאכל אדם ובעלי חיים, מחקר משמעותי הוא נדרש לפני שהפלאים הטכנולוגיים הללו יראו אור.
למרות המגבלות הללו, רובוטיקה אכילה ומזונות רובוטים ממוקמים היטב לחולל מהפכה בתחומים רפואיים, סביבתיים ותזונתיים. לאחר שטופלו שאלות מדעיות, פסיכולוגיות, אתיות וטכנולוגיות הנוכחיות, ייתכן שעתיד שבו תוכל לאכול את מזל"ט משלוחי הפיצה שלך לא יהיה רחוק מדי.
